[發明專利]寬溫區AC場增強DC場傳感精度的諧振腔磁場傳感系統

有效

• 申請號: 202010114401.5
• 申請日: 2020-02-25
• 公開（公告）號: CN111273204B
• 公開（公告）日: 2022-10-25
• 發明（設計）人: 項晨晨;于長秋;王宏騰;周鐵軍;李海;駱泳銘
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G01R33/032
• 分類號: G01R33/032
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 楊舟濤

1.寬溫區AC場增強DC場傳感精度的諧振腔磁場傳感系統，其特性在于：激光器輸出中心頻率鎖定在諧振腔透射譜上，磁致伸縮介質內嵌于諧振腔，或將諧振腔粘貼在磁致伸縮介質上；諧振腔外側設有交流磁場，觀測激光器波長鎖定在諧振腔透射譜最低點或斜率最大處時不同強度的直流磁場導致的交流磁場信號強度的變化規律，實現交流磁場增強的直流磁場探測；

所述的磁致伸縮材料為Tb_xDy_1-x(Fe_1-yCo_y)₂；其中，x：0.01~0.43，y：0.1~0.3，工作溫度范圍覆蓋-70℃～115℃；

所述的諧振腔與光纖錐始終處于耦合狀態；

所述的交流磁場的頻率要與諧振腔力學模式頻率的頻差小于500kHz；

所述的激光器輸出中心頻率鎖定通過熱鎖或PDH穩頻系統實現；

所述的諧振腔材料為二氟化鈣或二氧化硅，形狀為環形腔或微球腔；諧振腔要能夠支持光波傳輸，且在腔外表面存在倏逝波；

通過PDH穩頻系統實現的系統為：包括線圈（0）、光纖激光器（1）、隔離器（2）、第一偏振控制器（3）、電光調制器（4）、第一光纖錐（5）、諧振腔（6）、磁致伸縮介質（7）、光電探測器（8）、偏置三通（9）、高通濾波器（10）、第一分束器（11）、混頻器（12）、信號發生器（13）、譜儀（14）、示波器（15）、控制箱（16）、電壓放大器（17）、第二偏振控制器（18）、第二光纖錐（19）、第二分束器（20）；所述的光纖激光器（1）輸出的光依次通過光隔離器（2）、第一偏振控制器（3）、電光調制器（4）和第二偏振控制器（18）后，經第一光纖錐（5）將光耦合進入諧振腔（6）內，腔內光場輸出通過第二光線錐（19）至光電探測器（8）的接收端，而后送入偏置三通（9）將直流信號與交流信號進行分離，偏置三通（9）的輸出端分別接示波器（15）和高通濾波器（10）的輸入端，其中分離的直流分量送入示波器（15），交流分量經高通濾波器（10）濾波后，經過第一分束器（11），一部分信號傳送到譜儀（14），另一部分送入混頻器（12）；信號發生器（13）輸出的信號送入第二分束器（20）后一部分送入電光調制器（4），一部分經過混頻器（12）后傳送給控制箱（16），控制箱（16）的兩路輸出信號一路送到示波器（15），一路送入電壓放大器（17），電壓放大器（17）的輸出端連接在光纖激光器（1）上，線圈（0）的輸入端連接信號發生器（13）的輸出端，用來產生交流磁場；所述的諧振腔與磁致伸縮介質及光纖錐的位置是固定的；所述的光纖錐的錐區部分的截面直徑為0.5-0.75的輸入光波長；

通過熱鎖實現的系統為：包括第二信號發生器（18）、第二光纖激光器（19）、第二光隔離器（20）、第三偏振控制器（21）、第三光纖錐（22）、第二諧振腔（23）、第二磁致伸縮介質（24）、第二光電探測器（25）、第二控制箱（26）、第二示波器（27），第二線圈（28）；其中第二信號發生器（18）的輸出信號送到第二光纖激光器（19）、送到第二示波器（27）和第二線圈（28）的輸入端，第二線圈（28）用來產生交流磁場，第二線圈（28）設置在第二諧振腔（23）外側，第二光纖激光器（19）的輸出光信號經過第二光隔離器（20）和第三偏振控制器（21）送入第三光纖錐（22），進入第三光纖錐（22）中的光場耦合進入第二諧振腔（23）后經第三光纖錐（22）送入第二光電探測器（25），第二光電探測器（25）的輸出電信號一部分送到第二控制箱（26）而后送入第二光纖激光器（19），另一部分電信號直接送入第二示波器（27）進行觀察分析。

2.根據權利要求1所述的寬溫區AC場增強DC場傳感精度的諧振腔磁場傳感系統，其特征在于:所述的磁致伸縮介質的形狀為圓筒、平板或頭盔狀。

3.根據權利要求1所述的寬溫區AC場增強DC場傳感精度的諧振腔磁場傳感系統，其特征在于:所述的光纖激光器（1）和第二光纖激光器（19）的調諧范圍要覆蓋所選腔材料的透射低損耗區，波段與探測器的接收波段相匹配。

4.根據權利要求1所述的寬溫區AC場增強DC場傳感精度的諧振腔磁場傳感系統，其特征在于:所述的第一偏振控制器、第二偏振控制器、第三偏振控制器的偏振狀態要保證光學模式的光學品質因數最高。